Квантовый способ передачи информации

Квантовая связь: перспективы

(с) New quantum dot could make quantum communications possible

Телеграф «убил» голубиную почту. Радио вытеснило проводной телеграф. Радио, конечно, никуда не исчезло, но появились другие технологии передачи данных – проводные и беспроводные. Поколения стандартов связи сменяют друг друга очень быстро: 10 лет назад мобильный интернет был роскошью, а теперь мы ждем появления 5G. В скором будущем нам понадобятся принципиально новые технологии, которые будут превосходить современные не меньше, чем радиотелеграф — голубей.

Что это может быть и как оно повлияет на всю мобильную связь — под катом.

Виртуальная реальность, обмен данными в умном городе с помощью интернета вещей, получение информации со спутников и из поселений, расположенных на других планетах Солнечной системы, и защита всего этого потока — такие задачи нельзя решить одним только новым стандартом связи.

Квантовая запутанность

(с) New Experiment Allow Us To “See” Quantum Entanglement With The Naked Eye. На самом деле мы не можем увидеть квантовую запутанность, но красивая визуализация помогает понять суть явления.

Один из основных вариантов ожидающей нас эволюции связи — использование квантовых эффектов. Эта технология не исключит, но может дополнить традиционные виды связи (хотя нельзя сходу отвергнуть идею, что сеть на основе квантовой запутанности, теоретически, может вытеснить остальные виды связи).

Квантовая запутанность — это явление связи квантовых характеристик. Связь может сохраняться, даже если частицы расходятся на большое расстояние, так как, измеряя квантовые характеристики одной из связанных частиц, мы автоматически узнаем характеристики и второй. Первый протокол квантовой криптографии появился ещё в 1984 году. С тех пор создано множество как экспериментальных, так и коммерческих систем, основанных на явлениях квантового мира.

(с) Chinese Academy of Sciences

Сегодня квантовая связь используется, например, в банковской сфере, где требуется соблюдение особых условий безопасности. Компании Id Quantique, MagiQ, Smart Quantum уже предлагают готовые криптосистемы. Квантовые технологии для обеспечения безопасности можно сравнить с ядерным оружием — это почти абсолютная защита, подразумевающая, правда, серьезные затраты на реализацию. Если с помощью квантовой запутанности передать ключ шифрования, то его перехват не даст злоумышленникам никакой ценной информации — на выходе они получат просто другой набор цифр, потому что состояние системы, в которую вмешивается внешний наблюдатель, меняется.

Создать глобальную совершенную систему шифрования до недавнего времени не удавалось — уже через несколько десятков километров передаваемый сигнал затухал. Предпринимали много попыток увеличить это расстояние. В этом году Китай запустил спутник QSS (Quantum experiments at Space Scale), который должен реализовать схемы квантового распределения ключа на расстоянии более 7000 километров.

Спутник будет генерировать два запутанных фотона и отправлять на Землю. Если всё пройдет удачно, то распределение ключа при помощи запутанных частиц станет началом эры квантовой связи. Десятки таких спутников смогли бы стать основой не только нового квантового интернета на Земле, но и квантовой связи в космосе: для будущих поселений на Луне и Марсе и для дальней космической связи со спутниками, направляющимися за пределы Солнечной системы.

Квантовая телепортация

Устройство для квантового распределения ключа в лабораторных условиях, Российский квантовый центр.

При квантовой телепортации никакого материального переноса объекта из пункта А в пункт Б не происходит — происходит передача «информации», а не вещества или энергии. Телепортация используется для квантовых коммуникаций, например для передачи секретной информации. Надо понимать, что это не информация в привычном нам виде. Упрощая модель квантовой телепортации, можно сказать, что она позволит генерировать последовательность случайных чисел на обоих концах канала, то есть мы сможем создать шифроблокнот, который нельзя перехватить. В обозримом будущем это единственное, что можно сделать с помощью квантовой телепортации.

Впервые в мире телепортация фотона состоялась в 1997 году. Спустя два десятилетия телепортация по оптоволоконным сетям стала возможна на десятки километров (в рамках Европейской программы в области квантовой криптографии рекорд составил 144 километра). Теоретически, уже сейчас в городе можно построить квантовую сеть. Однако есть существенная разница между лабораторными и реальными условиями. Оптоволоконный кабель подвергается перепадам температур, из-за чего меняется коэффициент преломления. Из-за воздействия солнца может сдвинуться фаза фотона, что в определенных протоколах приведёт к ошибке.

Казанский Квантовый Центр, лаборатория квантовой криптографии.

Эксперименты ведутся по всему миру, в том числе и в России. Несколько лет назад появилась первая в стране линия квантовой связи. Она связала два корпуса университета ИТМО в Санкт-Петербурге. В 2016 году ученые из Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ и университета ИТМО запустили первую в стране многоузловую квантовую сеть, добившись скорости генерирования просеянных квантовых последовательностей в 117 кбит/c на линии протяжённостью 2,5 километра.

В текущем году появилась и первая коммерческая линия связи — Российский квантовый центр связал офисы «Газпромбанка» на расстоянии 30 километров.

Осенью физики лаборатории квантовых оптических технологий МГУ и Фонд перспективных исследований испытали автоматическую систему квантовой коммуникации на расстоянии 32 километра, между Ногинском и Павловским Посадом.

С учётом темпов создания проектов в области квантовых вычислений и передачи данных, через 5-10 лет (по мнению самих физиков) технология квантовой коммуникации окончательно выйдет из лабораторий и станет такой же привычной, как мобильная связь.

Возможные недостатки

(с) Is Quantum Communication Possible

В последние годы всё чаще обсуждают вопрос информационной безопасности в сфере квантовой связи. Раньше считалось, что с помощью квантовой криптографии можно передавать информацию таким образом, что её нельзя перехватить ни при каких обстоятельствах. Оказалось, что абсолютно надежных систем не существует: физики из Швеции продемонстрировали, что при некоторых условиях квантовые системы связи можно взломать благодаря некоторым особенностям в подготовке квантового шифра. Кроме того, физики из Калифорнийского университета предложили метод слабых квантовых измерений, который фактически нарушает принцип наблюдателя и позволяет вычислить состояние квантовой системы по косвенным данным.

Впрочем, наличие уязвимостей — это не повод отказываться от самой идеи квантовой связи. Гонка между злоумышленниками и разработчиками (учеными) продолжится на принципиально новом уровне: с использованием оборудования с высокими вычислительными мощностями. Такое оснащение по силам далеко не каждому хакеру. Кроме того, квантовые эффекты, возможно, позволят ускорить передачу данных. С помощью запутанных фотонов можно передавать почти вдвое больше информации в единицу времени, если их дополнительно кодировать с помощью направления поляризации.

Квантовая связь — не панацея, но пока она остается одним из самых перспективных направлений развития глобальных коммуникаций.

Источник

Квантовая сцепленность, информация и сигнал

Квантовая сцепленность

Для начала попробую пояснить эффект квантовой сцепленности:

Есть пара носков. Каждый носок из пары сразу после момента создания сцепленности помещен в отдельный ящик и отправлен своему адресату. В момент, когда один из адресатов открывает посылку, он видит правый (или левый) носок и тут же получает информацию о том, какой носок у второго адресата, как бы далеко тот ни находился. Причем заранее точно предсказать, будет ли носок правый или левый, невозможно. А самое главное, что и делает квантовую физику столь отличной от физики классической: пока носки не открыли, они и сами «не знают», какой правый, а какой левый. Но как только один из носков подвергся наблюдению и «определился», второй в тот же момент обретает строго противоположное свойство. Более подробно, с доказательством, можно узнать по запросу «Теорема Белла».

Как видим, передать осмысленную информацию напрямую через это свойство невозможно. Но есть обходной путь.

Принцип передачи носителя информации и сигнала

Итак, квантовому спутнику связи QUESS удалось передать запутанные фотоны между парами обсерваторий, находившихся на расстоянии до 1203 километров. Ученые подтвердили соотношение: одно событие успешной передачи на шесть миллионов отправленных фотонных пар. Соотношение сигнал/шум, казалось бы, не вызывает оптимизма, однако сам факт успешности передачи переводит задачу работы с подобным носителем информации из невозможных в инженерную задачу борьбы избыточности и шума.

Надеюсь, со временем мы придумаем много способов использовать квантовую сцепленность. Опишу один из, по-моему, возможных.

Первый этап: устройство разделяет сцепленные пары и передает на вышки «А» (будущий условно передатчик) и «В» (будущий условно приемник) на хранение запутанные фотоны последовательной цепочкой. Носитель информации передан.

Второй этап: вышка «А» проводит измерение (наблюдение) первого фотона в цепочке, определяя момент начала передачи сообщения, запускает таймер «Т», за время которого проводит измерение тех фотонов в цепочке, которые будут условными единицами и не затрагивает те фотоны, которые будут условным нулем; посредством слабого измерения аппаратура вышки «В» определяет изменение состояния первого фотона и запускает таймер «Т».

Третий этап: по окончании заданного времени «Т» аппаратура вышки «В» фиксирует состояние фотонов в цепочке посредством слабого взаимодействия, где потерявшие сцепленность фотоны — 1, оставшиеся сцепленными — 0.

Так же, например, триггером начала и конца наблюдения цепочки может быть таймер синхронизированного заранее времени.

Таким образом, нас не интересует, каков именно фотон в паре. Нас интересует сам факт: сохранилась сцепленность, или нет. Сигнал передан.

Это концепция из идеального мира, где ни один фотон не потерялся, цепочка была собрана правильно, и так далее. Проблемы реального мира — это проблемы борьбы избыточности и шума, а также сложность в создании систем хранения, воздействия, и контроля частиц.
Но главное — принципиальная возможность передачи сигнала посредством квантовой сцепленности.

Взаимосвязь носителя информации и сигнала

Сама возможность подобного способа работы с сигналом позволяет нам взглянуть на информацию под новым углом. Получается, что в момент передачи носителя информации (цепочки сцепленных частиц) в рамках действующих законов, не быстрее скорости света, мы передаем всю возможную информацию, которую только можно таким образом закодировать.

Приведу аналогию: вы заказали книгу в библиотеке, встречаете курьера, а у него за спиной, невидимые вам, все книги из библиотеки, знаете вы о них, или нет. Вы называете автора и название, забираете свою одну книгу, и остальные тут же уничтожаются.
До следующего курьера из библиотеки.

Еще аналогия: я пишу слово «коса» и у вас в мозгу возникают образы, которые могут быть инициированы этим носителем информации. Однако для передачи сигнала требуется конкретизация: «русая» или «деревянная» или «песчаная». На других языках это сочетание символов «коса» может означать что-то иное, и информация содержится в носителе независимо от того, знаем ли мы ее. Мы просто не имеем уточняющего триггера и памяти для нужного сигнала.

Так и с цепочкой частиц: в момент передачи к вышкам мы передали всю возможную информацию (возможные варианты), оставаясь в рамках знакомой физики, не быстрее скорости света, а фактом измерения лишь произвели уточнение.

В целом, нас ждет увлекательное время в попытках объяснить (и понять), что условный шпион, протащив пару запутанных частиц на объект и нажав в определенное время кнопку (или не нажав, оставив частицы сцепленными) не передал через парные частицы «в штабе» информацию быстрее скорости света. Он пер свою часть информации как улитка на своем горбу. А кнопкой лишь уточнил, выбрал, конкретизировал. Нам еще предстоит разобраться, что он сделал. Но военным понравится. Понравятся шахты, которые невозможно экранировать от команды, и без управляющих проводов. Понравится возможность отдать приказ на любое расстояние, через любые глушилки, на заранее взятый с собой приемник с контейнером частиц. Думаю, именно они, опять, будут двигать технологию.

Или хирург, для которого вышки по всему миру всю ночь накапливали носители информации (запутанные частицы) на разных концах планеты со всем почтением к скорости света, будет делать операцию и видеть мгновенные реакции хирургического робота за десятки тысяч километров от своего кабинета. Он будет потом в интервью говорить, что все происходило мгновенно. А читающий это физик будет ворчать, что вся информация обо всех возможных действиях хирурга была передана еще ночью (с точки зрения физики), с нормальной скоростью. А хирург лишь «уточнил» своими действиями, как именно он прооперировал.

Или взаимодействие информации и, например, свойства локальности мира. Это свойство означает, что событие в одной точке, скажем, планеты не может мгновенно повлиять на физическую действительность в другой точке планеты. Тогда, если условное нажатие кнопки посредством эффекта квантовой запутанности мгновенно зажжет лампочку на другой стороне планеты, значит информация о влияющем событии содержалась в носителе информации до того, как влияющее событие произошло.

Получается, мы находимся на пороге следующего шага эволюции сигнала. При помощи квантового мира мы разделяем скорость прохождения сигнала и скорость распространения носителя информации. Обеспечив запас сцепленных пар с нормальной скоростью, в тот момент, когда критично передать сигнал практически мгновенно, мы можем, пусть пока теоретически, это осуществить.

Источник

Справочная: квантовая криптография на пальцах

История квантовой криптографии началась не с технологий связи, а с попытки решить совершенно другую задачу — создать деньги, которые невозможно подделать.

Стивен Визнер из Колумбийского университета в 1983 году предложил создать квантовые банкноты государственного образца, которые нельзя скопировать даже в том случае, если у желающего сделать это есть типографское оборудование и бумага, при помощи которых изготавливался оригинал. Вероятность изготовления точной копии оригинала, защищенного квантовыми технологиями, стремится к нулю.

С чего все началось?

Суть технологии в том, что на каждой банкноте есть ловушки с фотонами, каждый из которых поляризован определенным образом по двум разным базисам. Один базис предусматривал “крестообразную” поляризацию: то есть фотон мог быть поляризован под углом 0 или 90 градусов от некоей вертикали, а второй — диагональную, то есть с углами 45 и 135 градусов.

Чтобы скопировать банкноту, фальшивомонетчик должен измерить поляризации фотонов, но он не знает, в каком базисе поляризован каждый из них (эту информацию, как и параметры поляризации, Центробанк держит в секрете, и только он знает, какие поляризации соответствуют номеру банкноты). Преступник может выбирать базисы случайным образом, и тогда у него есть некоторые шансы на успех, правда, очень небольшие. Но они становятся ничтожными, если создать фотонные ловушки. То есть — увеличить число фотонов на каждой банкноте (вероятность угадать снижается как обратная степенная функция от числа фотонов). Если каждый денежный знак снабдить десятком ловушек, вероятность успешной подделки падает почти до нуля.

Это была отличная идея, но, к сожалению, технически нереализуемая: удобные и доступные для массового использования ловушки для фотонов, пригодные для размещения на деньгах, не созданы до сих пор.

Что такое квантовая связь и когда появилась рабочая система?

Визнер также предположил, что аналогичный механизм можно использовать для создания каналов конфиденциальной связи. Уже через год после выхода его статьи ученые Жиль Брассар и Чарльз Беннет разработали первый протокол для квантовой связи, который они назвали по первым буквам своих фамилий и году создания технологии — BB84. Именно этот протокол широко применяется в современных квантовых сетях связи.

Беннет и Брассар предложили кодировать данные в квантовых состояниях одиночных фотонов, например, в их поляризации. Как и в случае с другими квантовыми объектами, сам факт измерения обязательно влияет на состояние объекта, следовательно, если кто-то третий попытается “подслушать” передачу фотонов — то есть измерить состояния фотонов, которыми мы обмениваемся, мы обязательно это заметим, потому что изменятся состояния фотонов. Поэтому в теории незаметно подключиться к каналу квантовой передачи данных невозможно в принципе — не позволяют фундаментальные законы квантовой механики (на практике и у этой технологии есть некоторые уязвимости, но об этом ниже).

Протокол BB84 работает следующим образом. Один из собеседников (традиционно его называют Алисой) посылает другому (Бобу) фотоны, поляризованные в одном из двух, неортогональных друг другу, базисах: прямоугольном или диагональном. Боб получает их и измеряет поляризацию, выбирая базисы для измерения случайным образом, и записывает результаты измерений и базисы. Затем он и Алиса обмениваются информацией об использованных базисах (но не о результатах измерения) по открытому каналу, и данные, полученные при несовпавших базисах, сбрасываются. Остаются только значения, измеренные в совпадающих базисах (в технологии квантового распределения ключей это называется “просеиванием ключа”).

Wolfgang Tittel, Grégoire Ribordy and Nicolas Gisin, Quantum cryptography, Physics World, Volume 11, Number 3 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2058—7058/11/3/30

Возможный “шпион”, который подслушивает передачу данных по этой линии связи (его обычно называют Ева) может перехватить одиночный фотон, измерить его поляризацию и попытаться переслать копию фотона Бобу.

Но, в соответствии с теоремой о невозможности клонирования произвольного квантового состояния, это приведет к росту числа ошибок в распределяемом квантовом ключе. В результате и Алиса, и Боб поймут, что их канал прослушивает посторонний. Для определения уровня ошибок в ключе после процедуры квантового распределения Алиса и Боб по открытому каналу сравнивают небольшую часть ключа. Считается, что если уровень ошибок в ключе менее 11 процентов, то можно гарантировать безопасность линии связи.

Первый эксперимент по передаче информации по квантовому каналу Беннет и Брассар провели в конце октября 1989 года. Им не везло — их идею не восприняли всерьез, поэтому ученые решили создать прототип экспериментальной установки самостоятельно и на свои собственные деньги. Реализовать установку помогали друзья. Первая установка для абсолютно защищенной квантовой связи передавала данные на дистанцию 32,5 сантиметра. Брассар вспоминает, что их система обеспечивала защиту данных только от человека, который оказался бы абсолютно глухим: блок питания очень сильно шумел, причем шум был разным в зависимости от того, какую поляризацию фотонов установка обеспечивала в данный момент.

Несмотря на все недостатки, установка была рабочей. Собственно, с этого момента и началась история квантовых коммуникаций и квантовых сетей, которые сегодня растягиваются на тысячи километров и выходят в космос.

Зачем все это нужно?

Без шифрования сегодня практически никто не передает данных. Самые популярные методы шифрования, которые используются сейчас, основаны на одном допущении: задача дешифровки сообщений столь сложна, что вычислительных мощностей злоумышленника не хватит, чтобы ее решить. Иначе говоря, стоимость (и в деньгах и во времени) дешифровки окажется несоизмеримо более высокой, чем ценность полученной таким образом информации. Это касается как симметричного шифрования (AES, DES, российского ГОСТ 28147-89), так и асимметричного (например RSA).

Таки ли безопасна квантовая связь?

В настоящий момент она полностью безопасна, но ситуация вскоре может измениться из-за появления квантового компьютера.

Дело в том, что в системах шифрования с открытым ключом используются так называемые односторонние функции, в которых по известному аргументу найти значение функции достаточно просто, а вот обратная операция крайне сложна. Например, умножение даже очень больших чисел — простая задача для компьютера, а вот обратная — разложение на множители (факторизация) — требует многократно больше вычислительного времени, чем для решения исходной задачи, причем сложность этой задачи быстро растет по мере увеличения числа.

На использовании асимметрии умножения и факторизации основан, например, широко распространенный алгоритм шифрования RSA, и многие другие системы шифрования, которые называются “асимметричными”. Их главное преимущество состоит в том, что для их использования не нужно передавать ключи шифрования по специальному защищенному каналу (например, флешкой с доверенным курьером), как в случае с симметричными алгоритмами, где один и тот же секретный ключ используется и для шифрования и дешифровки.

В асимметричных технологиях используется два ключа — открытый и закрытый, первый можно передавать по сетям, и его можно использовать только для того, чтобы зашифровать сообщение, а для расшифровки нужен закрытый ключ, который хранится у пользователя. Закрытый и открытый ключ связаны между собой асимметричной функцией, и как считается, восстановить из открытого ключа закрытый при помощи современных технологий практически невозможно (на это могут потребоваться миллиарды лет).

Но это сейчас, в будущем ситуация может измениться, если появятся квантовые компьютеры. Еще в середине 1990-х годов математик Питер Шор разработал квантовый алгоритм, получивший его имя. Алгоритм позволяет осуществлять факторизацию почти так же быстро, как умножение. Квантовые устройства, на которых можно запустить алгоритм Шора, уже существуют, но пока они успешно факторизовали лишь числа 15 и 21. С появлением более продвинутых квантовых машин все криптосистемы, основанные на этой асимметрии, станут бесполезными.

Некоторые ученые называют квантовый компьютер “информационной атомной бомбой”, из-за которой придется убрать большую часть привычных нам сегодня информационных и банковских сервисов: около 50% интернет-трафика этих сервисов закодирована алгоритмами с открытым ключом. Причем тот факт, что квантовый компьютер не создан сейчас, не означает, что данные, которыми вы обмениваетесь сейчас, в безопасности — возможно, они будут расшифрованы в будущем. Например, американское разведывательное агентство NSA в своем дата-центре в Юте хранит как минимум несколько эксабайт нерасшифрованных данных. Как только появятся новые методы дешифровки, они могут быть расшифрованы.

Но квантовая же физика дает нам и защиту от вычислительных возможностей и квантового и будущих классических компьютеров и вычислительных алгоритмов — квантовое распределение ключей.

Это только теория или есть реальные кейсы?

Если коротко, то уже давно не только теория. Рынок квантовых технологий пока невелик, первая компания, которая поставила себе цель зарабатывать на квантовой криптографии — ID Quantique, — появилась десять лет спустя первых экспериментов группы Беннета, в 2001 году. Ее основали выходцы из Женевского университета, в числе которых был выдающийся физик Николя Жизан (Nicolas Gisin). Но первой поставила технологию на коммерческие рельсы американская Magiq Technologies Inc. В ноябре 2003 года она объявила, что готова предложить своим потенциальным клиентам систему квантового распределения ключа, которая может работать на расстоянии в 120 километров.

Через несколько месяцев после этого свою систему на рынок вывела ID Quantique, очень скоро она стала одним из лидеров рынка. Используя квантовые технологии, она организовала защиту данных во время региональных выборов в Женеве в 2007 году, а в феврале 2018 года поставила рекорд по дальности передачи квантовых данных по оптоволоконному кабелю – 421 километров.

Дальность действия и скорость передачи данных до сих пор остаются главной проблемой квантовой связи. Дело в том, что передаваемые данные кодируются в состояниях одиночных фотонов, на этом этапе линии квантовой связи очень уязвимы для помех и шумов, поэтому на практике в магистральных сетях передачу квантового ключа ведут на расстояния до 100 км. На бо́льших расстояниях скорость генерации ключей становится слишком низкой.

Phys. Rev. Lett. 121, 190502 (2018) Secure quantum key distribution over 421 km of optical fiber

В большинстве случаев квантовая связь используется в пределах одного населенного пункта. Для больши́х дистанций квантовые сети строятся из множества отдельных фрагментов, связанных особо защищенными узлами.

Сегодня на мировом рынке коммерческих систем квантовой коммуникации доминируют три компании: китайские Qasky и QuantumCTek, а также швейцарская ID Quantique. Они поставляют практически весь спектр решений и компонентов: начиная с источников и детекторов одиночных фотонов, квантовых генераторов случайных чисел до интегрированных устройств:

• ID Quantique предлагает два типа систем: на основе двунаправленной схемы (Plug and Play) и когерентной однопроходной (сoherent one way — COW). Эти устройства рассчитаны на работу в городских волоконно-оптических сетях и позволяют передавать квантовые ключи на расстояниях до 70 километров.
• Qasky производит системы для госструктур, на рынке ее продукции нет.
• QuantumCTek в 2018 году показала устройства для городских сетей: системы генерации ключей, совместимые коммутаторы, устройства для защищенной телефонии.

Технологии квантовой защиты связи активно используют крупные банки и финансовые организации, госструктуры, а также Центры обработки данных. Мировой рынок квантовой криптографии в 2018 году оценивался в 343 миллиона долларов, а в 2021 году он, как ожидается, вырастет вдвое — до 506 миллионов долларов. В России первые попытки передачи квантовых ключей в лаборатории состоялись в начале 2000-х в Институте Физики Полупроводников СО РАН. В 2014 году в петербургском университете ИТМО был представлен прототип работающей системы квантовой связи — тогда речь шла о передаче данных между двумя корпусами вуза на дистанции в 1 километр, то есть фактически о лабораторном эксперименте.

В 2016 году Российский Квантовый Центр запустил первую городскую линию квантовой связи, основанную на использовании “обычного” оптоволокна. Она связала два офиса “Газпромбанка”, находившихся друг от друга на расстоянии около 30 километров.

В настоящее время опытно-экспериментальные и коммерческие квантовые сети созданы и создаются в Москве, Казани и Санкт-Петербурге. Проекты, в основном, поддерживают крупные российские банки и Ростелеком.

Есть ли проекты масштабнее?

В мире строятся несколько крупных квантовых сетей. В США (Quantum Key Distribution, Quantum Xchange), в Европе (SECOQC и Swiss Quantum), в Японии этим проектом занимается компания Toshiba, но наиболее масштабный проект развивает Китай.

Китайская квантовая сеть сегодня составляет около 2 тысяч километров в длину и соединяет столицу и несколько крупнейших финансово-промышленных центров.

Кроме того, Китай — один из пионеров в области космической квантовой связи. Спутниковые каналы — один из способов решения проблемы распределения квантового ключа на дальние и межконтинентальные дистанции.

В 2016 году Китай запустил небольшой спутник «Мо-Цзы» (он же QUESS — Quantum Experiments at Space Scale, «Квантовые эксперименты космических масштабов»), разработанный группой Цзяньвэя Паня(Jian-Wei Pan) из Научно-технического университета в Шанхае. В 2017 году появились данные об итогах эксперимента со спутником: аппарат обеспечил распределение квантовых ключей на дистанции свыше 7600 километров — между обсерваториями в Пекине и в Вене. Китайские ученые планируют развивать глобальные квантовые линии связи, где спутник будет выступать в роли доверенного узла.

Что с квантовыми технологиями в России?

Помимо Российского Квантового Центра (РКЦ) и его дочерней компании QRate, в РФ над реализацией проекта квантовой связи работают группы сотрудников МГУ совместно с ОАО «ИнфоТеКС», и петербургского ИТМО (компания “Кванттелеком”).

МГУ и “Инфотекс” представили предсерийный образец квантового телефона — систему голосовой связи, где шифрование голосовых данных обеспечивается за счет квантового распределения ключей. По словам разработчиков, общий объем инвестиций в проект составит порядка 700 миллионов рублей, а стоимость базового набора аппаратуры — сервер и два телефона — составит около 30 миллионов рублей.

В РКЦ был впервые в мире разработан квантово защищенный блокчейн — инструмент для создания распределенной базы данных, в которой практически невозможно подделать записи. Методы квантовой криптографии позволили защитить блокчейн от угроз, связанных появлением квантового компьютера. Схема протестировали на городских оптоволоконных сетях.

Кроме того, РКЦ и QRate построили квантовую сеть и продемонстрировали многоузловой сеанс квантово-защищенной видеоконференцсвязи на Петербургском международном экономическом форуме. В сеансе квантовой связи приняли участие руководители Сбербанка, Газпромбанка и аудиторской компании PwC Russia.

QRate разработала и серийную установку для квантовой криптографии, которую можно интегрировать в существующую стандартную телекоммуникационную инфраструктуру и адаптировать для работы с криптографическими протоколами. В устройствах используют детекторы и источники одиночных фотонов, созданные в РКЦ.

На стадии проектирования и создания — квантовая сеть в Сколково, идут переговоры о развитии уже существующей квантовой сети со Сбербанком и Газпромбанком.

QRate в перспективе планирует и собственный космический проект: установить передатчик квантового сигнала на малом спутнике стандарта “кубсат”, и распределить квантовые ключи между двумя наземными станциями.

По квантовым технологиям бывают конференции?

Да, бывают, в том числе и в России.

Раз в два года в Москве проходит Международная конференция по квантовым технологиям, ICQT. На мероприятии выступают ученые, топ-менеджеры технологических компаний и специалисты по информационной безопасности. Вот несколько громких имен с ICQT 2019: Юджин Ползик, Райнер Блатт, Петер Цоллер, Томмасо Каларко, Хартумт Невен, Михаил Лукин, Кристофер Монро. В этот раз конференция проходит с 15 по 19 июля.

18 июля пройдет бесплатный день открытых дверей. Можно будет послушать спикеров из Google, Airbus Blue Sky, D-Wave и Quantum Flagship. Прийти может любой, но нужно зарегистрироваться на Таймпаде.

QEC2019 Quantum error correction

C 29 июля по 2 августа в Лондоне пройдет конференция, посвященная вопросу коррекции квантовых ошибок. Она так и называется — «Quantum error correction». Квантовая информация обладает большим количеством необычных свойств, одно из них — как раз коррекция квантовых ошибок.

Конференция организована группой ученых из Института Физики. В проведении конференции участвует не все объединение а группа, занимающаяся вопросами квантовых технологий — Quantum Optics, Quantum Information and Quantum Control group.

QCALL Early-Stage Researchers Conference 2019

С 16 по 19 сентября этого года пройдет также конференция по квантовым технологиям в Италии. В ней приглашают принять участие молодых ученых, которые специализируются на квантовых технологиях. Ядро конференции — 15 исследователей из Европы. Организаторы надеются объединить усилия большого количества ученых со всего мира на решении важнейших вопросов современной квантовой науки.

Источник